CN101422050A - 混合执行器、扬声器设备和音频输出方法 - Google Patents

混合执行器、扬声器设备和音频输出方法 Download PDF

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CN101422050A CNA2007800136777A CN200780013677A CN101422050A CN 101422050 A CN101422050 A CN 101422050A CN A2007800136777 A CNA2007800136777 A CN A2007800136777A CN 200780013677 A CN200780013677 A CN 200780013677A CN 101422050 A CN101422050 A CN 101422050A
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铃木伸和
瓜生胜
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Abstract

本发明提供了一种混合执行器(100A)，该混合执行器(100A)包括磁致伸缩执行器(110)和动圈执行器(130)，该磁致伸缩执行器(110)包括磁致伸缩元件(111)，该动圈执行器(130)包括可移动部分(132)，该可移动部分(132)的外围附接有音圈(131a)和(131b)。该执行器(110)固定到该执行器(130)的可移动部分(132)，从而使得驱动杆(113)的位移输出的方向变得与这个可移动部分的位移方向相同。由于该执行器(110)固定到该执行器(130)的可移动部分(132)，所以能够在该驱动杆(113)的尖端处一起获得由该执行器(110)获得的响应于高频范围音频信号的位移输出和由该执行器(130)获得的响应于低频范围音频信号的位移输出。通过将该驱动杆(113)的尖端与传声膜相接，能够获得宽带音频输出。

Description

混合执行器、扬声器设备和音频输出方法
技术领域
本发明涉及一种基于音频信号对例如传声膜施加振动以获得音频输出的混合执行器、扬声器设备和音频输出方法。具体地讲，本发明涉及这样一种混合执行器等，在这种混合执行器中提供一种混合结构，在这种混合结构中，具有输出由于磁致伸缩元件的膨胀和收缩所引起的位移的位移传递单元(displacement transmitting unit)的磁致伸缩执行器单元固定到动圈执行器的可移动部分，从而使得该位移传递单元的位移输出的方向变得与该可移动部分的位移方向相同，由此能够令人满意地获得宽带音频输出。
背景技术
到目前为止，如例如专利文献1中所述，利用磁致伸缩执行器驱动传声膜以获得音频输出的扬声器设备是已知的。磁致伸缩执行器是利用其形状响应于外部磁场的应用而改变的磁致伸缩元件的执行器。近些年来，关于磁致伸缩元件，已经出现了超级磁致伸缩元件，其中，这种超级磁致伸缩元件的形状所能够改变的程度至多可以是之前现有的磁致伸缩元件的形状所能够改变的程度的大约100倍。由于产生了大的应力，所以磁致伸缩执行器的优点在于：即使磁致伸缩执行器的尺寸较小，根据要使其振动的传声膜，仍然能够获得相对大的音频输出。
这个磁致伸缩执行器由于磁场的变化而会发生尺寸变化，并且响应位移输出以产生驱动力。本文中，在处理音频信号的的情况下，考虑声音压力。注意：本文中，由于声音压力与加速度成比例，所以考虑磁致伸缩执行器的加速度输出响应。如图12的曲线a所示，磁致伸缩执行器的加速度输出响应展示了不断增长的特征。因此，在磁致伸缩执行器中，缺点在于：在低频范围内声音压力较低并且在低频范围内产生的畸变相对较大。
到目前为止，如例如专利文献2所述，为了克服磁致伸缩执行器的缺点，构思了具有包括磁致伸缩执行器和动圈执行器的混合结构的扬声器设备。
专利文献1：日本未审专利申请公开No.04-313999
专利文献2：日本未审专利申请公开No.2004-363967
发明内容
在上述专利文献2中描述的扬声器设备中，磁致伸缩执行器的磁路中的磁通量通路与动圈执行器的磁路中的磁通量通路不会彼此分离。因此，在动圈执行器的磁路中的磁通量通路中插入了磁导率低至约8的磁致伸缩元件，并且即使这个动圈执行器由低频范围音频信号进行驱动，仍不能够充分获得与低频范围音频信号对应的位移输出，从而在低频范围内产生微弱音频输出。
本发明的目的在于提供一种令人满意地获得宽带音频输出的能力。
本发明的概念存在于一种混合执行器，该混合执行器的特征在于包括：
磁致伸缩执行器单元，该磁致伸缩执行器单元包括磁致伸缩元件、第一磁路和磁场产生线圈，其中，该第一磁路具有磁体并且对该磁致伸缩元件施加磁偏置(magnetic bias)，该磁场产生线圈在该磁致伸缩元件的膨胀和收缩方向上产生磁场，并且该磁致伸缩执行器单元还包括位移传递单元，其中，该位移传递单元输出由于该磁致伸缩元件的膨胀和收缩所引起的位移；以及
动圈执行器，该动圈执行器包括可移动部分和第二磁路，其中，该可移动部分附接有音圈，该第二磁路具有磁体并且在该音圈中产生互连的磁通量，
其中，该磁致伸缩执行器单元固定到该动圈执行器的可移动部分从而使得该位移传递单元的位移输出的方向变得与该可移动部分的位移方向相同。
在本发明中，磁致伸缩执行器单元包括磁致伸缩元件。通过具有磁体的第一磁路对这个磁致伸缩元件提供磁偏置。在这种情况下，该磁致伸缩元件插入在第一磁路中的磁通量通路中。施加该磁偏置能够使得磁致伸缩元件预先进行一定程度的膨胀，并且能够使得磁致伸缩元件在由磁场产生线圈产生的磁场中既能够进行膨胀又能够进行收缩。
通过磁场产生线圈在磁致伸缩元件的膨胀和收缩方向上产生磁场。通过使得响应于例如高频范围(第一频带)中的音频信号的电流在这个磁场产生线圈中进行流动，磁致伸缩元件根据高频范围音频信号进行膨胀和收缩。由于磁致伸缩元件的膨胀和收缩所引起的位移从位移传递单元输出。在这种情况下，在由于磁致伸缩元件的膨胀和收缩所引起的位移由位移放大装置进行放大以后，这个位移直接或间接地转移到位移传递单元。
另外，动圈执行器包括附接有音圈的可移动部分。通过具有磁体的第二磁路在这些音圈中产生互连的磁通量。通过使得基于例如低频范围(在低于第一频带的一侧上的第二频带，该第二频带的一部分可能与第一频带交叠)中的音频信号的电流在音圈中进行流动，可移动部分在轴向方向上通过洛伦兹力产生位移。
上述的磁致伸缩执行器单元固定到可移动部分，从而使得位移传递单元的位移输出的方向变得与这个可移动部分的位移方向相同。这样，可移动部分在轴向方向上的位移也传递到上述的磁致伸缩执行器单元的位移传递单元。因此，从位移传递单元获得了由于磁致伸缩元件的膨胀和收缩所引起的位移输出(例如，响应于高频范围音频信号的位移输出)，此外，还以这样的方式获得了与动圈执行器的可移动部分的位移对应的位移输出(例如，响应于低频范围音频信号的位移输出)：即，其中，这两种位移输出在位移传递单元处叠加在一起。
上述的磁致伸缩执行器单元的位移传递单元直接或间接地与传声膜相接以构造扬声器设备。例如利用平面膜或管状膜作为传声膜。在利用平面膜的情况下，上述的位移传递单元与平面膜的表面相接。
另外，在利用管状膜的情况下，上述的位移传递单元与管状膜的端表面相接。在这种情况下，由于传声膜由执行器进行激励以在表面方向(与表面平行的方向)上具有振动分量的方式进行振动，所以基于音频信号的弹性波沿着传声膜在表面方向上进行传播。然后，随着这个弹性波沿着传声膜进行传播，所以从纵波到横波再到纵波的模式变换被重复以产生组合的纵横波。传声膜的表面法向方向(与表面垂直的方向)上的振动由横波进行激励，并且声波从传声膜的表面辐射到外部，由此获得了音频输出。
传声膜被激励以在它的表面方向上具有振动分量的方式进行振动。因此，在振动激励点处不会产生大的横波，并且与从其它位置辐射的声波相比较而言，从这个振动激励点辐射的声波不会感觉为显著大的声音，这有利于声音局限在整个传声膜上。能够获得扩展的声音图像。
如上所述，获得由于磁致伸缩执行器单元所引起的位移输出和由于动圈执行器所引起的位移输出，以便使其在磁致伸缩执行器单元的位移传递单元处进行彼此叠加。因此，传声膜通过由于这两个执行器所引起的位移输出进行振动，并且获得了音频输出。例如，磁致伸缩执行器单元由高频范围音频信号进行驱动并且动圈执行器由低频范围音频信号进行驱动，由此从传声膜令人满意地获得了宽带音频信号。另外，在这种情况下，由于这两个执行器所引起的位移输出从磁致伸缩执行器单元的称作位移传递单元的单一驱动点传递到传声膜，并且获得了相干的音频输出。
注意：磁致伸缩执行器单元的第一磁路中的磁通量通路与动圈执行器的第二磁路中的磁通量通路可以部分地共享。在这种情况下，磁致伸缩元件被设计为构成第一磁路的磁通量通路，并且磁偏置施加到磁致伸缩元件。另一方面，磁致伸缩元件没有设计为构成第二磁路的磁通量通路，从而使得低磁导率的磁致伸缩元件不会不利地影响动圈执行器的位移操作。因此，这两个磁通量通路的部分共享实现了轻重量和小巧设计。这两个磁通量通路的部分共享还允许由第一磁路和第二磁路共享磁体以实现低成本构型。
根据本发明，提供了一种混合结构，在这种混合结构中，包括输出由于磁致伸缩元件的膨胀和收缩所引起的位移的位移传递单元的磁致伸缩执行器单元固定到动圈执行器的可移动部分，从而使得位移传递单元的位移输出的方向变得与可移动部分的位移方向相同，并且能够令人满意地获得宽带音频输出。
附图说明
图1是示出作为一种实施例的混合执行器的结构的截面图。
图2是用于解释混合执行器的操作的视图。
图3是示出混合执行器的驱动系统的结构的视图。
图4是示出利用混合执行器的扬声器设备的结构的截面图。
图5是示出利用混合执行器的另一种扬声器设备的结构的截面图。
图6是示出利用混合执行器的不同的扬声器设备的结构的透视图。
图7是示出利用混合执行器的不同的扬声器设备的结构的纵向截面图。
图8是示出利用混合执行器的不同的扬声器设备的结构的顶视图。
图9是示出利用混合执行器的不同的扬声器设备的结构的底视图。
图10是示出混合执行器固定到接收孔的状态的视图。
图11是示出四个混合执行器和扬声器单元的驱动系统的结构的视图。
图12是通过比较示出磁致伸缩执行器、动圈执行器和混合执行器的频率特征(加速度响应输出)的视图。
图13是示出作为另一种实施例的混合执行器的结构的截面图。
图14是示出作为另一种实施例的混合执行器的结构的截面图。
附图标记说明：
100A、100B、100C是混合执行器；110是磁致伸缩执行器；110A是磁致伸缩执行器单元；111是磁致伸缩元件；112是磁场产生线圈；113是驱动杆；114是接收单元；115是弹簧；116是铝壳；117是固定板；118是环状磁体；119是管状磁轭；120是开口；131a、131b是音圈；132是可移动部分；133是环状磁体；134是管状磁轭；135a、135b是阻尼器；150是CD播放器；151是数字信号处理器；152是放大器；153、155是高通滤波器；154、157是低通滤波器；156是带通滤波器；160是磁致伸缩执行器；165是动圈执行器；171是磁致伸缩元件；172是磁场产生线圈；173是极片；174a、174b是圆盘状磁轭；175a、175b是环状磁轭；176a、176b是阻尼器；177是圆盘状构件；178a、178b是音圈；179是固定板；180是环状磁体；181是管状磁轭；190是位移放大装置；190a是位移传递单元；200A到200C是扬声器设备。
具体实施方式
在下文中将参照附图描述本发明的实施例。图1所示的截面图示出了作为一种实施例的混合执行器100A的结构。混合执行器100A包括磁致伸缩执行器110和动圈执行器130，其中，该磁致伸缩执行器110构成磁致伸缩执行器单元。
磁致伸缩执行器110构造如下：磁致伸缩执行器110包括杆状磁致伸缩元件111、磁场产生线圈(螺线管线圈)112、驱动杆113、接收单元114、弹簧115和铝壳116，其中，该杆状磁致伸缩元件111在纵向方向上进行膨胀和收缩；该磁场产生线圈(螺线管线圈)112在该磁致伸缩元件111的膨胀和收缩方向上产生磁场；该驱动杆113用作可移动构件，连接到该磁致伸缩元件111的一端并且传递在这一端获得的位移输出；接收单元114接收该磁致伸缩元件111和该磁场产生线圈112；该弹簧115对该磁致伸缩元件111施加物理偏压(动态偏压)；该铝壳116覆盖该整个磁致伸缩执行器110。本文中，驱动杆113构成位移传递单元，该位移传递单元输出通过磁致伸缩元件111的膨胀和收缩所产生的位移。
接收单元114包括固定板117、环状磁体(永久磁体)118和管状磁轭119。磁致伸缩元件111的另一端固定到固定板117，并且磁致伸缩元件111由固定板117进行支撑。如上所述，磁致伸缩元件111的一端连接到驱动杆113。磁场产生线圈112同样固定在固定板117上，从而定位在磁致伸缩元件111的周围。
另外，三个环状磁体118和两个管状磁轭119交替堆叠并固定在固定板117上，从而定位在磁致伸缩元件111和磁场产生线圈112的周围。本文中，固定板117、环状磁体118和管状磁轭119与磁致伸缩元件111和驱动杆113一起构成一个磁路(第一磁路)。
在这种情况下，磁致伸缩元件111处于插入这条磁路中的磁通量通路中的状态。提供这条磁路以对磁致伸缩元件111施加磁偏置(静态偏压)。施加该磁偏置能够使得磁致伸缩元件预先进行一定程度的膨胀，并且能够使得磁致伸缩元件在由磁场产生线圈112产生的磁场中既能够进行膨胀又能够进行收缩。固定板117、管状磁轭119以及驱动杆113由铁磁性材料组成，由此有利于有效地将磁偏置施加到磁致伸缩元件111。
铝壳116的外形是筒状的，并且在内部容纳上述的磁致伸缩元件111、磁场产生线圈112、驱动杆113和接收单元114(固定板117、环状磁体118和管状磁轭119)。圆形开口120位于铝壳116的表面的中心处，并且靠近上述的磁致伸缩元件111的一端。上述的驱动杆113的尖端经由该开口120伸到外部。
弹簧115布置在设置开口120的铝壳116的表面与驱动杆113之间。弹簧115在从一端到另一端进行延伸的方向上将预定量值的作用力作为上述的物理偏压(动态偏压)施加到磁致伸缩元件111。由此，增强了磁致伸缩元件111的位移输出的线性。
磁致伸缩执行器110按照上述方式进行构造。使得响应于高频范围音频信号(音频信号的高频范围成分)的电流在磁场产生线圈112中进行流动以在磁致伸缩元件111的膨胀和收缩方向上产生磁场，从而使得磁致伸缩元件111根据高频范围音频信号进行膨胀和收缩，并且在磁致伸缩元件111的一端即驱动杆113的尖端处获得响应于高频音频信号的位移输出。
动圈执行器130包括可移动部分132以及环状磁体133和管状磁轭134，其中，该可移动部分132的外围附接有音圈(动圈)131a和131b，该环状磁体133和管状磁轭134沿着可移动部分132的外围进行布置。可移动部分132由圆形管状铁磁性材料例如铁形成，其中，该圆形管状铁磁性材料的中心部分是中空的。
环状磁体133被设计为夹在两个管状磁轭134之间，并且环状磁体133和两个管状磁轭134堆叠在一起。环状磁体133和管状磁轭134与上述的可移动部分132一起构成了一个磁路(第二磁路)。这条磁路在音圈131a和131b中产生互连磁通量。与上述磁致伸缩执行器110的管状磁轭119一样，管状磁轭134由铁磁性材料组成，由此能够有效地产生互连磁通量。
注意：由于在附接到可移动构件132的上端和下端的音圈131a和131b的各自位置处的磁通量方向彼此相反，所以这两个音圈被设计为具有相反的缠绕方向，从而能够使得在音圈131a和131b处产生的洛伦兹力处于相同方向。
阻尼器135a安装在可移动部分132的上外围部分与上管状磁轭134的上表面之间，并且阻尼器135b安装在可移动部分132的下外围部分与下管状磁轭134的下表面之间。由此，可移动部分132按照可移置方式固定到固定部分(环状磁体133和管状磁轭134进行堆叠的部分)。
动圈执行器130按照上述方式进行构造。使得响应于低频范围音频信号(音频信号的低频范围成分)的电流在音圈131a和131b中进行流动，从而使得由于洛伦兹力可移动部分132根据低频范围音频信号在轴向方向上(与磁致伸缩执行器110的磁致伸缩元件111的膨胀和收缩方向相同)产生位移。
上述的磁致伸缩执行器110同轴地固定到动圈执行器130的可移动部分132。从而，驱动杆113的位移输出的方向变得与可移动部分132的位移方向相同。在这种情况下，例如，磁致伸缩执行器110的固定板117侧接合并固定到可移动部分132的上表面侧。注意：本文使用的术语“同轴”是指：磁致伸缩执行器110的中心轴与动圈执行器130的中心轴彼此对准或基本对准。
磁致伸缩执行器110同轴地固定到动圈执行器130的可移动部分132，由此在该轴向方向上可移动部分132的位移也会传递到上述的磁致伸缩执行器110的磁致伸缩元件111。因此，在磁致伸缩元件111的一端即在驱动杆113的尖端处，如图2所示，获得了由上述的磁致伸缩执行器110自身产生的响应于高频范围音频信号的位移输出DPm，此外，还以这样的方式获得了由动圈执行器130产生的响应于低频范围音频信号的位移输出DPv：即，其中，该位移输出DPv叠加在该位移输出DPv之上。
注意：图2示出了一种状态，在这种状态下，动圈执行器130的固定部分(由环状磁体133和管状磁轭134组成的堆叠部分)例如经由固定板122置于桌子上。
图3示出了上述的磁致伸缩执行器110和动圈执行器130的驱动系统。
来自例如用作音乐信号源的CD(压缩盘)播放器150的音频信号SA被提供给DSP(数字信号处理器)151，并且执行混合执行器校正即关于磁致伸缩执行器110和动圈执行器130的输出特征的校正处理等等。
在经历DSP 151的校正处理以后的音频信号SA由放大器152进行放大。然后，在通过在放大器152中进行放大而获得的信号电流中，高频范围成分(例如，2kHz到20kHz的成分)通过由电容器和线圈组成的高通滤波器(HPF)153进行提取，并且提供给磁致伸缩执行器110的磁场产生线圈112。
在通过在放大器152中进行放大而获得的信号电流中，低频范围成分(例如，350Hz到2kHz的成分)另外通过由线圈和电容器组成的低通滤波器(LPF)154进行提取，并且提供给动圈执行器130的音圈131a和131b。高频范围和低频范围可以彼此部分重叠。例如，高频范围是2kHz到20kHz，低频范围是350Hz到3kHz，诸如此类。
在图3所示的驱动系统中，高通滤波器153和低通滤波器154布置在单一放大器152的输出侧，从而能够分离出高频范围成分和低频范围成分，然后，这些高频范围成分和低频范围成分分别提供给线圈。作为另一种选择，可以提供一种结构，在这种结构中，从DSP151分离并输出高频范围成分和低频范围成分，然后这些成分由不同的放大器进行放大并且分别提供给线圈。接下来，将描述利用图1所示的混合执行器100A的扬声器设备。图4示出了利用混合执行器100A的扬声器设备200A。扬声器设备200A利用平面膜210作为传声膜。
在扬声器设备200A中，混合执行器100A的驱动杆113的尖端接合或按照螺纹方式固定到平面膜210的表面。在这种情况下，通过混合执行器100A的惯性力，混合执行器100A激励平面膜210进行振动。
如上所述，在磁致伸缩执行器110由高频范围音频信号进行驱动并且动圈执行器130由低频范围音频信号进行驱动的情况下，平面膜210通过响应于高频范围音频信号的位移输出DPm和响应于低频范围音频信号的位移输出DPv进行振动，其中，该位移输出DPm和该位移输出DPv按照上述方式在磁致伸缩执行器110的驱动杆113的尖端处获得，并且由此从平面膜210获得了宽带音频输出。
图5示出了利用混合执行器100的扬声器设备200B。与图4所示的扬声器设备200A一样，扬声器设备200B利用平面膜210作为传声膜。
在扬声器设备200B中，在混合执行器100A的驱动杆113的尖端与平面膜210的平面相接的状态下利用固定构件220将动圈执行器130的固定部分(由环状磁体133和管状磁轭134组成的堆叠部分)固定到平面膜210的表面。在这种情况下，从动圈执行器130的固定部分进行观察，磁致伸缩执行器110的驱动杆113的尖端的位移激励平面膜210进行振动。
在扬声器设备200B中，当磁致伸缩执行器110按照上述方式由高频范围音频信号进行驱动并且动圈执行器130由低频范围音频信号进行驱动时，通过响应于高频范围音频信号的位移输出DPm和响应于低频范围音频信号的位移输出DPv对平面膜210进行振动，其中，该位移输出DPm和该位移输出DPv按照上述方式在磁致伸缩执行器110的驱动杆113的尖端处获得，并且由此从平面膜210获得了宽带音频输出。
图6到图9示出了使用混合执行器100的扬声器设备200C。扬声器设备200C利用管230作为传声膜。图6是扬声器设备200C的透视图，图7是扬声器设备200C的纵向截面图，图8是扬声器设备200C的顶视图，图9是扬声器设备200C的底视图。
扬声器设备200C包括基座壳(base housing)231、管232、混合执行器100A(见图1和图2)和扬声器单元234。管232构成用作传声膜的管状膜。
基座壳231例如由合成树脂形成。基座壳231整体形成为圆盘状，并且在该基座壳231的中心部分处设置有圆柱形通孔部分235。在这个实施例中，预定数目的支腿部分236(例如三个支腿部分236)按照相等间隔沿着基座壳231的下外围侧进行直立。
如果支腿部分236的数目是三个，则这三个支腿部分236必需与安装表面进行接触，从而与例如提供四个支腿部分的情况相比较而言，能够实现更加稳定的安装。另外，由于支腿部分236位于基座壳231的下表面上，所以基座壳231的下表面能够与该安装表面进行分离，从而使得附接到基座壳231的下表面侧的扬声器单元234的声波能够辐射到外部。
管232由预定材料例如透明丙烯酸材料形成。管232固定到基座壳231。也就是说，利用金属L状角在多个位置处将管232的下端部分固定到基座壳231的上表面，例如，在这个实施例中，在四个位置处将管232的下端部分固定到基座壳231的上表面。作为例子，管232的尺寸例如为：长度1000mm、直径100mm和厚度2mm。
在这种情况下，在L状角237的一端和另一端具有用于进行螺纹连接的圆孔，在附图中没有示出这些圆孔。利用螺钉239将L状角237的一端按照螺纹方式固定到基座壳231的上表面。基座壳231在内部形成有螺纹槽(未示出)，用于与螺钉239的螺纹部分进行配合。在这种情况下，由橡胶等组成的环状阻尼构件238插入在L状角237的一端与基座壳231的上表面之间。
另外，利用螺钉240和螺母241将L状角237的另一端按照螺纹方式固定到管232的下端部分。管232的下端部分内部形成有圆孔(未示出)，其中，螺钉240的螺纹部分穿过该圆孔。由橡胶材料等组成的环状阻尼构件242和243分别插入L状角237的另一端与管232的外表面之间以及螺母241与管232的内表面之间。
按照这种方式，在插入有阻尼构件238、242和243的情况下，能够阻挡由于混合执行器100A所引起的振动(弹性波)经由管232和L状角237传播到基座壳231，并且能够防止声音局限为朝向基座壳231。
多个混合执行器100A固定到基座壳231，在本实施例中，四个混合执行器100A固定到基座壳231。按照相等间隔沿着管232的下端部分侧上的圆端表面布置这四个混合执行器100A。在这种情况下，在基座壳231中形成用于接收混合执行器100A的接收孔244。混合执行器100A接收在接收孔244中并且由此固定到基座壳231。
图10示出了每个混合执行器100A的固定。混合执行器100A是这样，例如，动圈执行器130的固定部分(由环状磁体133和管状磁轭134组成的堆叠部分)接合并且固定到对应的一个接收孔244的内壁。这确保：动圈执行器130的可移动部分132能够在轴向方向上发生位移。
在混合执行器100A固定地接收在基座壳231的接收孔244中的状态下，混合执行器100A的驱动杆113的尖端与管232的下端部分侧上的端表面相接。在这种情况下，驱动杆113的位移方向被设置到与这个端表面垂直的方向即管232的轴向方向。这个轴向方向也是管232的表面方向(与该表面平行的方向)。在这种布置中，混合执行器100A可以从管232的下端部分侧上的端表面激励管232以在与这个端表面垂直的方向具有振动分量的方式进行振动。
管232和混合执行器100A构成针对音频带的中频和高频范围的扬声器并且用作高频扬声器。另一方面，扬声器单元234构成针对音频带的低频范围的扬声器并且用作低频扬声器。
例如，利用螺钉(未示出)以这样的方式将扬声器单元234附接到与基座壳231的下表面侧上的开口部分235对应的位置，从而使得扬声器单元234的前侧朝向向下的方向。
在这种情况下，扬声器单元234处于被布置为与管232同轴的状态。从扬声器单元234的前侧输出的正向相位的声波从基座壳231的下表面侧辐射到外部。另外，从扬声器单元234的后侧输出的反相相位的声波经由开口部分235和管232从管232的上端部分侧辐射到外部。在这种情况下，管232用作谐振管。
注意：例如由橡胶材料等形成的阻尼材料246置于管232的下端部分侧上的端表面与基座壳231之间。这样确保：通过改善封闭性，不仅能够阻挡由磁致伸缩执行器100导致的振动经由管232传播到基座壳231，还能够允许管232令人满意地用作谐振管。
图11示出了四个混合执行器100A和扬声器单元234的驱动系统的结构。在图11中，与图3所示的单元相同的单元用相同的附图标记示出。
来自例如用作音乐信号源的CD播放器150的音频信号SA提供给DSP(数字信号处理器)151，然后执行混合执行器校正即关于磁致伸缩执行器110和动圈执行器130的输出特征的校正处理、关于扬声器单元234的输出特征的校正处理等等。
在经历DSP 151进行的校正处理以后的音频信号SA由放大器152进行放大。然后，通过在放大器152中进行放大所获得的信号电流的高频范围成分(响应于高频音频信号的电流)例如2kHz到20kHz的频率成分由高通滤波器(HPF)155进行提取，并且提供给磁致伸缩执行器110的磁场产生线圈112。
通过在放大器152中进行放大所获得的信号电流的中频范围成分(响应于中频范围音频信号的电流)例如350Hz到2Hz的频率成分另外由带通滤波器(BPF)156进行提取并且提供给动圈执行器130的音圈131a和131b。在放大器152中进行放大所获得的信号电流的低频成分(响应于低频范围音频信号的电流)例如350Hz或更小的频率成分另外由低通滤波器(LPF)157进行提取并且提供给扬声器单元234的线圈。
在图11所示的驱动系统中，仅仅示出了构成磁致伸缩执行器110的一个磁场产生线圈112。然而，由于图6到图9所示的扬声器设备200C利用四个混合执行器100A，所以实际存在四个磁场产生线圈112。另外，由高通滤波器155提取的响应于高频范围音频信号的电流并行提供给这四个磁场产生线圈112。
同样地，在图11所示的驱动系统中，尽管仅仅示出了构成动圈执行器130的一组音圈131a和131b，但是图6到图9所示的扬声器设备200C利用四个混合执行器100A，并且实际存在四组音圈131a和131b。另外，由带通滤波器156提取的响应于中频范围音频信号的电流并行提供给这四组音圈131a和131b。
将描述图6到图9所示的扬声器设备200C的操作。
如上所述，固定地接收在基座壳231中的四个混合执行器100A的每个由磁致伸缩执行器110和动圈执行器130进行构成。如上所述，在磁致伸缩执行器110由高频范围音频信号进行驱动并且动圈执行器130由中频范围音频信号进行驱动的情况下，在磁致伸缩执行器110的驱动杆113的尖端处获得响应于高频范围音频信号的位移输出和响应于中频范围音频信号的位移输出。由于驱动杆113的位移，从管232的下端部分侧上的端表面对管232进行激励以通过与这个端表面垂直的方向(表面方向)的振动分量进行振动。
在这种情况下，管232的下端部分侧上的端表面由纵波进行激励，并且弹性波(振动)沿着管232在表面方向上进行传播。由于这个弹性波沿着管232进行传播，所以从纵波到横波再到纵波的模式变换被重复以产生组合的纵横波，并且在管232的表面法向方向(与表面垂直的方向)上的振动由横波进行激励。由此，声波从管232进行辐射。也就是说，从管232的外表面获得与高频范围音频信号和中频范围音频信号对应的高频范围的音频输出。
另外，附接到基座壳231的下表面侧的扬声器单元234由低频范围音频信号进行驱动。从扬声器单元234的前侧获得低频范围音频输出(正向相位)，并且这个音频输出从基座壳231的下表面侧辐射到外部。另外，从扬声器单元234的后侧获得低频范围音频输出(反相相位)，并且这个音频输出经由开口部分235和管232从管232的上端部分侧辐射到外部。
在图6到图9所示的扬声器设备200C中，由高频和中频范围音频信号进行驱动的混合执行器100A适于从管232的下端部分侧上的端表面对管232进行激励以在与这个端表面垂直的方向(表面方向)上具有振动分量的方式进行振动。因此，在振动激励点处没有产生大的横波，并且与从其它位置辐射的声波相比较而言，来自这个振动激励点的声波不会感觉是显著大的声音，这有利于声音局限在管232的整个纵向方向上。获得了扩展的声音图像。
另外，根据图6到图9所示的扬声器设备200C，从附接到基座壳231的下表面侧的扬声器单元234的前侧获得的低频范围音频输出(正向相位)从基座壳231的下表面侧辐射到外部，并且从扬声器单元234的后侧获得的低频范围音频输出(反相相位)经由开口部分235和管232从管232的下端部分侧辐射到外部。这使得能够感觉到均匀的声音压力，并且还使得能够在管232的纵向方向上的各个位置处输出低频范围音频输出，这有利于声音局限在管232的整个纵向方向上。由此获得了扩展的声音图像。
根据图1所示的混合执行器100A，如上所述，以这样的方式获得由磁致伸缩执行器110所引起的位移输出和由动圈执行器130所引起的位移输出在构成磁致伸缩执行器110的驱动杆113的尖端(单一驱动点)处彼此进行叠加。因此，通过将驱动杆113的尖端与传声膜相接，通过由执行器110和130二者所引起的位移输出对传声膜进行振动。通过由第一频带中的音频信号驱动磁致伸缩执行器110以及通过低于第一频带的第二频带中的音频信号驱动动圈执行器130，能够获得宽带音频输出(见图4、图5和图6所示的扬声器设备)。
另外，根据图1所示的混合执行器100A，如上所述，由磁致伸缩执行器110和动圈执行器130二者所引起的位移输出能够从磁致伸缩执行器110的驱动杆113的尖端(单一驱动点)传递到传声膜，并且与在这两个位移输出从不同的驱动点传递到传声膜所获得的音频输出的情况相比较而言，能够获得更加相干的音频输出。
另外，根据图1所示的混合执行器100A，由于磁致伸缩执行器110构造为同轴地固定到动圈执行器130的可移动部分132，所以与单独动圈执行器130的低范围谐振频率相比较而言获得了减小的低范围谐振频率，这对于低频范围再现来讲是有利的。图12的曲线b示出了动圈执行器130的加速度输出响应，并且获得了低范围谐振频率f0。另一方面，图12的曲线c示出了混合执行器100A的加速度输出响应，并且获得了低范围谐振频率f0′，其中，发现该谐振频率f0′低于上述的谐振频率f0。由于磁致伸缩执行器110的质量被加到动圈执行器130的可移动部分132的质量，所以混合执行器100A中的低范围谐振频率减小。
注意：能够从由图12的曲线c所示的混合执行器100A的加速度输出响应看出，在混合执行器100A中，通过动圈执行器130克服磁致伸缩执行器110的低频范围中的不足的声音压力(加速度)。图12的曲线a示出了磁致伸缩执行器110的加速度输出响应。
注意：尽管图4、图5和图6所示的扬声器设备200A、200B和200C是磁致伸缩执行器110的驱动杆113的尖端与传声膜(平面膜210或用作管状膜的管232)直接相接，但是驱动杆113的尖端可以不与传声膜直接相接。
例如，面积大于驱动杆113的尖端的表面的面积的插入片能够插入在驱动杆113的尖端与传声膜之间。例如，在管(管状膜)用作传声膜的情况下，可以想到：圆盘状插入片与管的整个下端表面相接并且驱动杆113与这个插入片的下端表面相接。
另外，例如，各种材料的插入片能够插入在驱动杆113的尖端与传声膜之间。在这种情况下，该插入片的可用材料的例子包括木头、铝、玻璃等等。由于根据这些材料的不同的唯一振动模式，能够根据这些材料获得不同的音质。
接下来，将描述本发明的另一个实施例。图13所示的截面图示出了作为另一个实施例的混合执行器100B的结构。混合执行器100B包括磁致伸缩执行器160和动圈执行器165，其中，该磁致伸缩执行器160构成了磁致伸缩执行器单元。
混合执行器100B包括圆管状磁致伸缩元件171、磁场产生线圈(螺线管线圈)172、圆柱状极片173、圆盘状铁磁轭174a和174b和环状铁磁轭175a和175b，其中，该圆管状磁致伸缩元件171在纵向方向上进行膨胀和收缩，该磁场产生线圈(螺线管线圈)172布置在磁致伸缩元件171内部并且在磁致伸缩元件171的膨胀和收缩方向上产生磁场，具有铁属性的该圆柱状极片173布置在磁场产生线圈172的内部，该圆盘状铁磁轭174a和174b分别固定地布置在极片173的两端，该环状铁磁轭175a和175b分别固定地布置在磁致伸缩元件171的两端。磁致伸缩元件171和磁场产生线圈172构成了磁致伸缩执行器160。
对环状磁轭175b进行布置从而使得将圆盘状磁轭174b置于它的内部。阻尼器176b安装在磁轭175b与磁轭174b之间，并且磁轭175b按照可移置方式固定到磁轭174b。同样地，环状磁轭175a由尖端侧上的小直径部分以及与该小直径部分相结合的大直径部分组成。对环状磁轭175a进行布置从而将圆盘状磁轭174a置于该大直径部分内部。阻尼器176a安装在磁轭175a与磁轭174a之间，并且磁轭175a按照可移置的方式固定到磁轭174a。
磁轭175a和175b构成了动圈执行器165的可移动部分。如上所述，由于磁轭175a和175b分别固定地布置在磁致伸缩元件171的两端，所以磁致伸缩执行器160同轴地固定到动圈执行器165的可移动部分。
磁轭175a还构成了磁致伸缩执行器160的驱动杆，并且构成了用于将混合执行器100B的位移输出传递到传声膜的单一驱动点。例如，构成驱动表面的铝圆盘构件177接合并固定到这个磁轭175a的小直径侧上的尖端表面。本文中，圆盘构件177构成了位移传递单元，该位移传递单元输出通过磁致伸缩元件111的膨胀和收缩所引起的位移。
混合执行器100B还包括音圈178a和178b、铝固定板179、环状磁体(永久磁体)180和具有铁属性的管状磁轭181。音圈178a和178b分别附接到构成动圈执行器165的可移动部分的环状磁轭175a和175b的外围。由于在音圈178a和178b的各自位置处磁通量方向彼此相反，所以将这些音圈178a和178b设计为具有相反的缠绕方向，从而使得在音圈178a和178b处产生的洛伦兹力能够在相同方向上。
在固定板179的中心处具有圆柱形凸起部分，并且上述的磁轭174b接合并固定到该凸起部分。在固定板179上，单一环状磁体180和两个管状磁轭181进行交替堆叠从而围绕磁致伸缩元件171和磁场产生线圈172而置。本文中，位于环状磁体180的每侧上的两个管状磁轭181均设置有与同磁体180侧相反的一侧成直角的方式进行突起的突起部分，并且该突起部分处于面对音圈178a和178b的状态。
本文中，环状磁体180和管状磁轭181与上述的环状磁轭175a和175b以及磁致伸缩元件171一起构成了一条磁路(第一磁路)。在这种情况下，磁致伸缩元件171处于插入这条磁路的磁通量通路中的状态。提供这条磁路以对磁致伸缩元件171施加磁偏置(静态偏压)。施加该磁偏置能够使得磁致伸缩元件171预先进行一定程度的膨胀，并且能够使得磁致伸缩元件171在由磁场产生线圈172产生的磁场中既能够进行膨胀又能够进行收缩。
环状磁体180和管状磁轭181与上述的环状磁轭175a和175b、圆盘状磁轭174a和174b以及极片173一起还构成了一条磁路(第二磁路)。这条磁路在音圈178a和178b中产生了互连磁通量。由于磁致伸缩元件171没有插入到这条第二磁路的磁通量通路中，所以低磁导率的磁致伸缩元件171不会不利地影响动圈执行器165的位移操作。
混合执行器100B按照上述方式进行构造。使得响应于高频范围音频信号(音频信号的高频范围成分)的电流在构成磁致伸缩执行器160的磁场产生线圈172中进行流动从而在磁致伸缩元件171的膨胀和收缩方向上产生磁场，从而使得磁致伸缩元件171能够根据高频范围音频信号进行膨胀和收缩。在环状磁轭(驱动杆)175a的一端即在环状磁轭(驱动杆)175a的尖端(驱动表面)处，获得了与高频范围音频信号一致的位移输出。
另外，使得响应于低频范围音频信号(音频信号的低频成分)的电流在构成动圈执行器165的音圈178a和178b中进行流动，从而使得用作可移动部分的环状磁轭175a和175b能够根据低频范围音频信号通过洛伦兹力在轴向方向(与磁致伸缩执行器160的磁致伸缩元件171的膨胀和收缩方向相同)上产生位移。
如上所述，提供了一种结构，在这种结构中，环状磁轭175a和175b接合并固定到磁致伸缩元件171的每端并且磁致伸缩执行器160同轴地固定到动圈执行器165的可移动部分。因此，如上所述，在轴向方向上用作动圈执行器165的可移动部分的磁轭175a和175b的位移也传递到上述的磁致伸缩执行器160的磁致伸缩元件171。因此，在磁致伸缩元件171的一端即在环状磁轭(驱动杆)175a的尖端(驱动表面)处，除了获得由上述的磁致伸缩执行器160自身产生的响应于高频范围音频信号的位移输出以外，还以这样的方式获得了由动圈执行器165产生的响应于低频范围音频信号的位移输出：即，其中，该响应于高频范围音频信号的位移输出与该响应于低频范围音频信号的位移输出一起叠加在该在环状磁轭(驱动杆)175a的尖端(驱动表面)处。
根据图13所示的混合执行器100B，如上所述，在环状磁轭(驱动杆)175a的尖端(单一驱动点)处，获得由磁致伸缩执行器160引起的位移输出和由动圈执行器165引起的位移输出，以使其彼此叠加在一起。因此，通过将环状磁轭175a的尖端与传声膜相接，这个传声膜通过由执行器160和165二者所引起的位移输出进行振动。通过由第一频带中的音频信号驱动磁致伸缩执行器160以及通过由低于第一频带的第二频带中的音频信号驱动动圈执行器165，能够获得宽带音频输出(见图4、图5和图6所示的扬声器设备)。
另外，根据图13所示的混合执行器100B，如上所述，由磁致伸缩执行器160和动圈执行器165引起的位移输出能够从环状磁轭(驱动杆)175a的尖端(单一驱动点)传递到传声膜，并且与在这两个位移输出从不同的驱动点传递到传声膜的情况所获得的音频输出相比较而言，能够获得更加相干的音频输出。
另外，根据图13所示的混合执行器100B，由于磁致伸缩执行器160构造为同轴地固定到动圈执行器165的可移动部分，所以与单独动圈执行器165的低范围谐振频率相比较而言获得了减小的低范围谐振频率，这对于低频范围再现来讲是有利的(见图12)。
另外，根据图13所示的混合执行器100B，用于对磁致伸缩元件171施加磁偏置的第一磁路和用于在音圈178a和178b中获得互连磁通量的第二磁路在与环状磁体180和管状磁轭181对应的部分处进行共享，这有助于轻重量、小型化设计。此外，共享磁体180能够实现低成本构型。
接下来，将描述本发明的另一个实施例。图14示出了作为另一个实施例的混合执行器100C的结构。在图14中，与图1所示的单元对应的单元用相同的附图标记示出，并且省去了对这些单元的详细描述。
对混合执行器100C进行构造从而使得将磁致伸缩执行器单元110A固定到动圈执行器130的可移动部分132。另外，对磁致伸缩执行器单元110A进行构造从而使得将磁致伸缩执行器110(见图1)附接到位移放大装置190。
例如，利用诸如磷青铜的弹性材料形成位移放大装置190。在这种情况下，驱动杆113的位移Δd在位移传递单元190a中表现为p(p>1)倍的位移，该位移传递单元190a是位移放大装置190中的与驱动杆113的轴向正交的方向上的部分。
另外，在混合执行器100C中，将磁致伸缩执行器单元110A设计为固定到动圈执行器130的可移动部分132，从而使得位移传递单元190a的位移输出的方向变得与可移动部分132的位移方向相同，并且能够获得与图1所示的混合执行器100A的优点相同的优点。
本发明旨在提供令人满意地获得宽带音频输出的性能，并且能够应用到音频-视频设备中的扬声器设备等等。

Claims (8)

1.一种混合执行器，其特征在于包括：
磁致伸缩执行器单元，所述磁致伸缩执行器单元包括磁致伸缩元件、第一磁路和磁场产生线圈，其中，所述第一磁路具有磁体并且对所述磁致伸缩元件施加磁偏置，所述磁场产生线圈在所述磁致伸缩元件的膨胀和收缩方向上产生磁场，并且所述磁致伸缩执行器单元还包括位移传递单元，其中，所述位移传递单元输出由于所述磁致伸缩元件的膨胀和收缩所引起的位移；以及
动圈执行器，所述动圈执行器包括可移动部分和第二磁路，其中，所述可移动部分附接有音圈，所述第二磁路具有磁体并且在所述音圈中产生互连的磁通量，
其中，所述磁致伸缩执行器单元固定到所述动圈执行器的可移动部分，从而使得所述位移传递单元的位移输出的方向变得与所述可移动部分的位移方向相同。
2.如权利要求1所述的混合执行器，其特征在于：所述磁致伸缩执行器单元由第一频带中的音频信号驱动，所述动圈执行器由第二频带中的音频信号驱动，其中，所述第二频带在低于所述第一频带的一侧上。
3.如权利要求1所述的混合执行器，其特征在于：所述磁致伸缩执行器单元还包括位移放大装置，所述位移放大装置放大由于所述磁致伸缩元件的膨胀和收缩所引起的位移并且将所述位移传递到所述位移传递单元。
4.如权利要求1所述的混合执行器，其特征在于：所述磁致伸缩执行器单元的第一磁路中的磁通量通路和所述动圈执行器的第二磁路中的磁通量通路部分地共享，并且
所述磁致伸缩元件构成所述第一磁路中的磁通量通路而不构成所述第二磁路中的磁通量通路。
5.一种扬声器设备，其特征在于包括：
传声膜；以及
混合执行器，所述混合执行器包括用于将位移输出传递到所述传声膜的位移传递单元，所述位移传递单元设置为与所述传声膜直接或间接相接，并且基于音频信号来驱动所述混合执行器，
其中，所述混合执行器包括：
磁致伸缩执行器单元，所述磁致伸缩执行器单元包括磁致伸缩元件、第一磁路和磁场产生线圈，其中，所述第一磁路具有磁体并且对所述磁致伸缩元件施加磁偏置，所述磁场产生线圈在所述磁致伸缩元件的膨胀和收缩方向上产生磁场，并且所述磁致伸缩执行器单元还包括位移传递单元，其中，所述位移传递单元输出由于所述磁致伸缩元件的膨胀和收缩所引起的位移；以及
动圈执行器，所述动圈执行器包括可移动部分和第二磁路，其中，所述可移动部分附接有音圈，所述第二磁路具有磁体并且在所述音圈中产生互连的磁通量，
所述磁致伸缩执行器单元固定到所述动圈执行器的可移动部分从而使得所述位移传递单元的位移输出的方向变得与所述可移动部分的位移方向相同。
6.如权利要求5所述的扬声器设备，其特征在于：所述传声膜是平面膜，并且
所述混合执行器的位移传递单元与所述平面膜的表面相接。
7.如权利要求5所述的扬声器设备，其特征在于：所述传声膜是管状膜，并且
所述混合执行器的位移传递单元与所述管状膜的端表面相接。
8.一种音频输出方法，其特征在于包括如下步骤：
利用混合执行器，所述混合执行器包括磁致伸缩执行器单元，所述磁致伸缩执行器单元包括磁致伸缩元件、第一磁路和磁场产生线圈，其中，所述第一磁路具有磁体并且对所述磁致伸缩元件施加磁偏置，所述磁场产生线圈在所述磁致伸缩元件的膨胀和收缩方向上产生磁场，并且所述磁致伸缩执行器单元还包括位移传递单元，其中，所述位移传递单元输出由于所述磁致伸缩元件的膨胀和收缩所引起的位移；以及动圈执行器，所述动圈执行器包括可移动部分和第二磁路，其中，所述可移动部分附接有音圈，所述第二磁路具有磁体并且在所述音圈中产生互连的磁通量，其中，所述磁致伸缩执行器单元固定到所述动圈执行器的可移动部分从而使得所述位移传递单元的位移输出的方向变得与所述可移动部分的位移方向相同；
将所述混合执行器的位移传递单元直接或间接地与传声膜相接；以及
由第一频带中的音频信号驱动所述磁致伸缩执行器单元，由第二频带中的音频信号驱动所述动圈执行器，其中，所述第二频带在低于所述第一频带的一侧上。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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